エレファンテック 技術ブログ

フレキシブル基板(FPC)製造開発ベンチャー企業 エレファンテック(旧:AgIC)株式会社の技術ブログです。

【フレキシブル基板を科学する! 前編】基板が薄いことによるメリットとは? 〜曲げ剛性編〜

こんにちは!学生ライターの小池です。
普段は情報系の大学院で、3Dプリンタを使った研究をしています。


さて、P-Flex™ではこれまで製造・販売してきた125μmのフィルムより75μm薄い、
50μmのフィルム上へのパターン形成が可能になりました。このことにより、基板自体の厚みも従来より薄くなりました。

基板が薄くなると、曲げ剛性が下がりフレキシブル性が上がるといったメリットや、

厚いものに比べて、基板にかかる縁応力が小さくなり耐屈曲性が上がるといったメリットがあります。

今回のブログから前編と後編に分けて、
基板が薄いことによるこれらのメリットを材料力学的に解説します。

【前編】基板が薄いことによるメリットとは?〜曲げ剛性編〜
【後編】基板が薄いことによるメリットとは?〜耐屈曲性編〜


【前編】では、曲げ剛性という視点から、基板が薄いことによるメリットについて解説します。

☆ 今回のブログのポイント☆
  • 板のフレキシブル性を表す概念として「曲げ剛性」がある。

  • 曲げ剛性は、素材のヤング率 Eと断面2次モーメント Iの積で表される。

  • 断面2次モーメントは板を曲げる向きと断面形状で決まる。

  • 曲げる方向に対して板を薄くすると断面2次モーメントの値が小さくなり、曲げ剛性が下がる。



曲げ剛性とは?

曲げ剛性という言葉はフレキシブル性を表しています。
曲げ剛性が大きいほど、曲げづらい、フレキシブルではない素材です。

電子回路基板のフレキシブル性を上げるには?

電子回路基板のフレキシブル性を上げる主な方法としては、

  1. フレキシブル基板の厚み*1を薄くし、曲げ剛性を下げる

  2. 柔軟性のある材料を利用する

この2つの方法が考えられます。


今回、P-Flex™では 1. の方法のように
これまで製造・販売してきた125μmのフィルムより薄い
50μmのフィルムに代わることで、電子回路基板のフレキシブル性を向上させました。

では、なぜ薄い方がフレキシブル性があがるのか。という点について
材料力学的に見ていきましょう。


板の曲げ変形は曲げモーメントによって生じる

板の曲げ変形は、曲げモーメントによって生じる変形です。

単一素材の板を曲率 \phiまで曲げる時に必要な曲げモーメント M
それによる変形(どれくらい曲がったか、曲率 \phi)は、
ヤング率 Eと断面2次モーメント Iを用いて、以下のように定式化されています。


{\begin{equation}
M = EI\phi
\end{equation}
}

上記式のうち、 EIの部分が、まさしく、単一素材の板の曲げ剛性*2を表す指標なのです。


{\begin{equation}
曲げ剛性 = E \times I
\end{equation}
}


曲げ剛性を小さくすることで、板を曲げたい時に必要な曲げモーメントを減らすことができます。
つまり、曲げるのに必要な力を減らすことができるため、
曲げ剛性の小さいフレキシブルな板に近づかせることができる、ということです。

曲げモーメントの板の薄さの関係

では次に、曲げ剛性に板の厚さがどう関わっているのか見ていきましょう。
ヤング率 Eは素材により決まる値です。
断面2次モーメント Iは素材の断面の形状と曲げる向きによって決まる値です。

f:id:elephantech_shared:20180117151450p:plain
板を曲げる例
断面が厚さ h、幅 bの上図の板を厚さ hに平行な向き(赤い矢印の向き)に曲げようとする場合、
断面2次モーメントは以下のように定義されます。



{\begin{equation}
I = \frac{bh^3}{12}
\end{equation}
}


上式から分かる通り、厚さ hが大きいほど断面2次モーメントは大きくなります。*3

以上から、同じヤング率 E と 幅 bの厚みが違う板が複数あった場合、
厚さ hが大きいものほど曲げ剛性の値は大きくなり、
逆に、
厚さ hが小さいものほど、曲げ剛性の値が小さくなり、
曲げやすいフレキシブルな素材に近づくと言えるでしょう。

ちなみに

断面2次モーメントは曲げる向きによって変わります。
もし今回の上図の例で幅 bとした辺に平行な向きに曲げようとする場合、
断面2次モーメント I'は以下のようになります。


{\begin{equation}
I' = \frac{hb^3}{12}
\end{equation}
}



まとめ

以上、曲げ剛性という視点から、基板が薄いことによるメリットについて解説しました。
基板が薄いと曲げ剛性が下がるので、フレキシブル性が上がるという内容でした。
基板の厚みと曲げ剛性の関係についてわかっていただけましたでしょうか?

私はかなりの寒がりなので、冬はたくさん着込みすぎて腕が曲げづらくて困っていたのですが、
最近は薄くても保温性の高いインナーが多いので、冬にたくさん着込んでも着膨れせず動きやすくていいです◎
薄いと曲げ剛性が下がって嬉しいのは、基板だけじゃないですね(^-^)v

【後編】では、耐屈曲性という観点から、基板が薄いことによるメリットについて解説します。

*1:フレキシブル基板の厚み=フレキシブル基板を構成する各材料の厚みの和

*2:電子回路基板のような集成板の曲げ剛性は、各層の曲げ剛性の総和で求められます。

*3:断面2次モーメントの式から分かる通り、幅 bを広くしても曲げ剛性を小さくすることができると言えるでしょう。しかし厚み hには3乗がかかっているぶん、曲げ剛性の大きさに効きやすいのです。

東京工業大学 ロボット技術研究会主催プチコン(2017/12/22)の公式スポンサー報告

2017年12月22日、東京工業大学 ロボット技術研究会(以下 東工大ロ技研)主催のプチコンが開催され、ライントレース部門と、マイクロマウス部門(クラシック&ハーフ)の競技会が行われました。

今回、エレファンテックは公式スポンサーをさせて頂きました。
ちょっとご報告遅れましたが、当日の様子をお知らせいたします!

(東京工業大学 ロボット技術研究会公式ブログ 公式サイトはこちら)
第一回プチコン – 東京工業大学 ロボット技術研究会公式ブログ

まず、プチコンを主催した東工大ロボット技術研究会の"のものも"さんにエレファンテックからの副賞をお預けしました! 内容はラズパイやPINE64です。



プチコンというのはスマートフォン程度の大きさのマシンがマス状に区切られた迷路を解くという競技です!マイクロマウス競技会のルールに則って行われています。


twitter.com






福井大学からお越しのからくり工房I.Sysのお二人。 P-Flex™の宣伝をさせていただきました! 片面のフレキシブル基板(FPC)でも機体の軽量化やフォトインタラプタの設置自由度の向上目的、書き込み基板の部品付きケーブルに使いたいとのことです。


twitter.com



 



東京理科大Miceの皆さんにもサンプルを手にとっていただきました!カーボンでフレーム組んで最軽量を目指したいなど、早速議論を始めていました笑

 

 




突発でプチコンのスポンサーさせて頂きありがとうございました! 東工大ロ技研、理科大Mice、福井大からくり工房の皆様、また今日直接お話できなかった方も引き続き良い成果が出せるよう応援しております!


 
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以上、有志主催のロボコン、「プチコン」を応援させていただきました。
エレファンテックは安くて早いフレキシブル基板(FPC)を通じてロボコン文化だけでなく製造業の発展にも貢献していきます!
中ロット、大ロット生産までシームレスに対応可能な P-Flex™は、既にご利用頂いているメーカー様から大変好評を頂いております!

 

(竹尾 淳司)

   

www.elephantech.co.jp







【フレキシブル基板にチャレンジ!6】電卓編:実装挑戦

こんにちは。高橋です。
シリーズとしては6回目となる今回は、完成した基板に部品を実装する過程を書いた記事となります。
波乱の幕開けです。

序章

本来この組み立ては相方の平野が行う予定だったのですが、途中で私に交代することになりました。
その理由を語るには、平野の犯した大きな過ちに触れなければなりません…

基板死にたまふことなかれ

意気揚々とフレキシブル基板を袋から取り出し、0.8mmピッチのピンを持つマイコン"ATmega32u4"と共にテープでテーブルに固定した平野。
はんだごてをセットし、加熱が完了したのを確認していざコテ先を基板に当てる…

平野「あれ? なんかこれ融けてね??」
高橋「融けてね? じゃねーヨ!!!」

一般的なはんだの融点は180~200℃で、今回はんだごてのコテ先の温度は300℃程度に設定してありました。
そして、P-Flex™のベースフィルムであるPETの融点は260℃。
(参照記事:エレファンテック技術ブログより ベースとなるフィルムの材質の違いについて )
そりゃあ融けます。
おかげで今回印刷した基板2枚のうち片方が早々に成仏することとなりました。

このような事態を招かないよう、皆さんは必ず低温はんだと低温はんだ用はんだごて(或いは温度を低めに設定できるはんだごて)を使いましょう。
低温はんだについては、エレファンテック技術ブログ・「低温はんだは壊れる」は昔の話!低温はんだとはんだの歴史に詳しい記事があります。

自分、不器用ですから

いきなり本番に挑むという愚行を反省し、まずはちゃんと低温はんだを使って練習をしようということになりました。
最初に使ったのは、エレファンテックの親切な社員さんから頂いた、銅めっきを施したのみの失敗作であるらしいフレキシブル基板。
次に、一部融けてしまった基板の無事な部分を使って0.8mmピッチピンのはんだ付けの練習。
此処ではんだ付け能力を比較した結果、私が代わりにはんだ付けをすることとなりました。
まあ、0.8㎜ピッチのはんだ付けはかなり大変です。精神力もゴリゴリ削られるので、失敗が怖い方々は発注の際に実装も頼んだほうが良いでしょう。
(と、私は割と余裕ぶっこいていました)

余談:工業的なはんだ付け

工業的なはんだ付けの方式には、主にフロー方式とリフロー方式があります。
フロー(噴流)方式は、あらかじめ基板上に部品を固定した上で融解させたはんだを吹き付けるという方式です。
リフロー方式は、微細なはんだの粒子とフラックスを混ぜたはんだペーストを基板上に塗布・印刷し、その上に部品を載せてから基板を高温にすることではんだを融かしてはんだ付けするという方式です。
エレファンテックではリフロー方式によるはんだ付け実装をオプションで申し込むことが可能です。

いよいよ本番

十分に練習とイメトレを終え、いざ、残り1枚の基板にはんだ付けを開始。

ところで、こうしたピッチの狭いピンをはんだ付けするときに最も起こりやすいミスはブリッジという現象です。
隣り合うピンに橋が架かるようにしてはんだが吸い付いてしまうのでブリッジと呼ばれます。つまり意図しない短絡が起きてしまうということです。0.8mmピッチともなれば、一度ブリッジができたら切り離す方法は中々ありません。
数少ない有効打の一つが、はんだ吸い取り器と呼ばれる器具を用いて余分なはんだを融かしながら吸い取ることです。
今回もはんだ吸い取り器の力を借りてブリッジを消しながら、何とかはんだ付けをこなしていきました。

ただ、此処で基板設計上の問題が発覚。なんとパターン外周を覆って保護・補強するはずのソルダーレジストがパターン外周部を覆い切れていなかったのです。

まあそもそもブリッジが出来なければこれらもあまり問題にはならないのですが……私のはんだ付け力が及ばず、ブリッジを作ること十数回。ブリッジ消去の最中にはんだ付け時に数か所のパターンが断線! また部品固定時に張り付けたテープを剥がすときにフットプリントの1つが丸ごと剥がれてしまいました!
失敗が怖い方々は~~~などと言っておきながらこの様です!!

△完成してそうなのに…どうして… △赤の〇の箇所が断線、黄色の〇の箇所はフットプリントが剥がれています…

f:id:elephantech_shared:20171222140847p:plain f:id:elephantech_shared:20171222140854p:plain △解説図。薄い緑がレジスト、黄色がパターンです。 まあ剥がれますよね。

ソルダーレジストについて

こんにちは、平野です!基板融かしましたごめんなさい!!!基板のお話ということで一時的に出没させていただき、レジストについてお話していきたいと思います。
(「レジスト」という言葉がわからない方はこちらの記事:フレキシブル基板 P-Flex™の用語解説【初心者向け】の[レジスト]の項目を参照してください!)

第2回で基板を設計し、様々な修正を施しましたが、実はレジストに関する調整を完全にスルーしていました。

本来、フレキシブル基板の設計を行う際、エレファンテック技術ブログ・フレキシブル基板(FPC) P-Flex™️ 設計のコツ「レジスト・シンボル・外形編」で解説しているように、パターンの剥離を防止するためにレジストはパターンより一回り小さくする設計が推奨されています。
このような調整を行わないと、銅箔が剥がれやすくなってしまう恐れがあるのです。

と、いうことを。正直に言うと私は設計を行っている時点では知りませんでした。
このことを知ったのは基板を製造に回し、社員のNさんに「レジストこれで大丈夫?」と聞かれた時でした。
さらに、kicadではレジストマスクデータは自動で出力されるため、修正するのが少々面倒です。そのため、今回は社員のNさんとの相談の結果「剥がれたらそれはそれで記事のネタになるし…」ということでそのままで発注を行いました。

そんな経緯を経て、今基板が届いてはんだ付けを行っているわけですが、

びっくりするほど簡単に銅箔がはがれました。

適当な主観で述べますが、ちょっと剥がれやすくなるどころではなかったです…。
設計の際はパッドの外周をきちんとレジストで覆いましょう。
本当に大事なことだと思ったので改めて同じリンクを貼っておきます。
エレファンテック技術ブログ・フレキシブル基板(FPC) P-Flex™️ 設計のコツ「レジスト・シンボル・外形編」

作り直し

パターンが断線した部分は元々パターンを引けなかった箇所と同様にジャンパ線で飛ばせばいいのですが、今回はなんやかんやで3か所以上断線してしまいました。
また、コネクタのサイズの事を考えずに設計していた点やレジストの件等、こうした設計上の問題が山ほどあることが判明。

ということで、一度基板を再設計してやりなおすという事になりました。
また、手作業でのはんだ付けに限界を感じたため、次回の製作ではエレファンテックにあるリフロー炉を使わせて頂くことにします。
ちなみに今回の基板はメンブレンシート部も合わせて1枚2万7000円ほど、今回ダメにした基板は面積比から単純計算して1枚1300円程度でしょうか。
それを2枚なので計2600円の損失となります……最初からリフロー炉を使っておけばよかったですね、はい。

まとめ

初めての設計・初めての対フレキはんだ実装なのだから、失敗の一つや二つはするだろうとは思っていましたが……ここまでトラブルがあるとは思っていませんでした。高い授業料を払う羽目に。

一連の基板設計・組み立てで発覚した主な問題・失敗をまとめておきます。

1. レジストでパターン外周部を覆っていなかった
2. コネクタの固定用フットプリントの存在を知らなかった
(故にコネクタのサイズの概念も失念していた)
3. 高温はんだ用はんだごてを使ってしまった
4. 自らのはんだ付け力を過信してしまった!!!

人は無力ですね。
次回は第7回目、基板設計リベンジ回です。
kicadでのレジストの調整方法や、新しい配線パターンなどについて解説します。

参考文献

http://www.adogawa.co.jp/部品実装/3190.html
http://panasonic.co.jp/ism/handa/001a.html
https://product.tdk.com/info/ja/techlibrary/archives/techjournal/vol05_mlcc/contents03.html
(以上、フロー・リフロー方式はんだ付けについてのページ)

   

   

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フレキシブル基板が導入される背景とその実例

フレキシブル基板は普通のプリント基板(リジッド基板)と比べると、気軽には利用できません。

取り扱いは難しく、設計にも工夫が必要ですし、価格もリジッド基板より高いからです。それではなぜフレキシブル基板の利用が進んでいるのでしょうか?

フレキシブル基板には欠点も多くある一方、リジッド基板の問題を解決してくれる面もあります。そのメリットとデメリットを比較した結果、フレキシブル基板の導入が進んでいるのです。

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エレファンテック技術ブログ【2017年人気記事ベスト5】

エレファンテック技術ブログをいつもご覧頂きましてありがとうございます。
2017年最後の記事は、総まとめとして「総滞在時間数」の結果をもとに【2017年人気記事ベスト5】をご紹介します。

ところで「エレファンテック技術ブログ【11月】人気記事 月間ベスト5」の記事では、
第一位から順に発表してしまいワクワク感がないというご意見を頂きました。確かにそうですね。と言うことで今回は第五位から順に発表いたします。
続きを読む

【フレキシブル基板にチャレンジ!5】電卓編:コネクタ

こんにちは、平野です。
フレキシブル基板にチャレンジ!電卓編5本目の記事です。

第2回・第3回で基板設計を行いましたが、その際あまりにコネクタに関して無知すぎたため、様々な修正が必要になりました…。
そのため、今回は基板設計の補足として、コネクタに関するやらかしやその他についてまとみていきます。
これから初めてフレキシブル基板を設計する方はぜひ参考にしていただければと思います。

それでは、今回もどうぞよろしくお願いします。

目次

基板設計編のやり残し

さて、皆さんの記憶にも新しい(はずの)、当企画第2回・後編の記事で、基板データが完成しました。 しかし、実はkicadで設計するべきものはほかにも残っていたのです。 それは、コネクタ用のケーブルです。

1. コネクタ用のケーブルとは?

ここまで記事を読み進めてこられた皆様は、おそらくこう思われたことでしょう。
「なんでこいつは基板とコネクタ用のケーブルを同時に設計しなかったんだ?」
と。
正論です……!ですがしかし、これには非常に深いわけがあるのです!

当初、コネクタのケーブルと聞いて、普段リジッド基板しか使ってこなかった私はまずこちらのようなケーブルを思い浮かべました。


(引用:10Pリボンケーブル(フラット・カラーケーブル) - 秋月電子通商

しかし私は、基板のデータを仕上げて発注に回した後、衝撃の事実に気が付いてしまいました。
今回用いたコネクタは、下のような薄っぺらいケーブルを用いるタイプだったのです!


(引用:フレキシブルフラットケーブル - TOTOKU

さて、このなにやらペラペラのケーブル、おそらくあまり馴染みのない方もいらっしゃると思いますので、ここでいったんケーブルについて紹介しておきたいと思います。

  • ケーブルについて

先ほどのような薄いケーブルには、主に2種類が存在します。

  1. フレキシブル基板(Flexible printed circuits : FPC)

まずはみなさんご存知、フレキシブル基板です。これは単純に、写真のようなケーブルをフレキシブル基板の製法と同様に作ったものです。フレキの特徴については今更過ぎますしここでは特に紹介はしないことにします。(改めてFPCについて知りたい方はこちら、エレファンテック技術ブログ-フレキシブル基板(FPC)とは【初心者向け】をご覧ください!)

  1. フレキシブルフラットケーブル(Flexible Flat Cable : FFC)

次にFFCの紹介です。こちら、機能はFPCと大した違いはありませんが、実は製法が異なります。FFCはもとよりケーブルとして用いるために作られるものですので、その製法は「薄っぺらい導体を絶縁体で覆う」という、至極単純なものなのです。そのため、こちらの製品はFPCに比べ、安く製造することができるという特徴があります。

なにやらペラペラなケーブルの詳細を知ったところで、次に一般的なケーブルと比較した際の長所や短所を紹介します。

  • FPC/FFCの短所

・平べったいケーブルの面に対して水平な方向に曲がらないため、厳密な設計が必要となる
・一般的なケーブルに比べ、単位長さ当たりの抵抗値が大きく、大電流を流すことはできない

  • FPC/FFCの長所

・一般的なケーブルに比べ薄く、場所を取らない
・高密度な配線が可能

FPC/FFCの特徴、十分におわかりいただけたでしょうか。やはり薄いというのは魅力的な要素ですが、当然短所も発生してきますので、使用する際は注意して設計を行いましょう(自戒を込めて)。

とまあそんな経緯で、FPCの追加の設計&発注が発生したのでした……

2. ケーブルを設計しよう

FPC/FFCについて知見を得たところで、ここからは実際にケーブルの設計を行っていくわけですが、今回私たちが設計するのはFPCのほうです。

まずは単純なケーブルから設計します。

とりあえず4極と5極のケーブルを設計してみました。

しかし、さらに設計をするにあたり一つ問題が発生しました。
FPCを用いて接続する先に、リジッドの部品があったのです。
例えばLCD、これはFPCを下のようなリジッド基板に接続する必要があります。


(引用:I2C接続小型キャラクタLCDモジュール(16x2行・3.3V/5V)ピッチ変換キット - 秋月電子通商

そこで、今回は下のようなケーブルを設計し、パッドの大きいほうにワイヤーをはんだ付けをすることにしました。

ところで、実はこの方法、かなり頭の悪い方法です。
今回はFFC/FPC接続コネクタを用いるため上記のような方法をとりましたが、実は基板対電線のコネクタもしっかり存在しているので、本来であればそちらを用いることが望ましいと思われます。
そういった別の種類のコネクタについては、後ほど[コネクタの選定について]の項で紹介することにして、次に進みたいと思います。

3. 補強板を設計しよう

前項でFPCケーブルを設計しましたが、実はあれだけでは用いることができません。 コネクタ回りでFPCを用いるには、「補強板」というものが必要になります。

  • 補強板とは?

まず、FPC/FFC用のコネクタを横から見た時の断面図が下の図になります。

△ストッパー部が回転します

このコネクタに製造したケーブルをそのまま挿入すると、下の図のように、ケーブルとコネクタの間に隙間があいてしまい、固定をすることができません。

ここで登場するのが、補強板です。

このような小さい板をコネクタの先に取り付けることで、先ほどの図で生じていた隙間を解消することができます。また、補強板を取り付けた個所は丈夫になるので、抜き差しの際の基板への負荷を抑えることにも繋がるのです。

(説明の図は高橋君が作ってくれました。ありがとう!!)

  • 補強板の製造

前項では、補強板に必要性について解説を行いました。しかし、補強板が必要と言われてもどうやって用意すればよいかわからないと思いますので、ここで補強板の製造方法について説明していきたいと思います。

といっても、実は補強板の製造はとても簡単です。
エレファンテックさんが、基板の製造時に補強板の製造も受け付けてくれる(有料)のです!

というわけで、補強板が必要な時は基板のデータと同様に補強板のデータも用意して発注を行いましょう。
データの形式は、基板と同様のガーバー形式や、CADなどで出力できるdxf形式などに対応しているようです。

  • では設計しよう

先ほど設計したケーブルのサイズに合わせて、それっぽく設計してくっつけて発注してみました。
(それっぽくとか言っているから設計失敗するんじゃないだろうか…???)

使えるものが出来上がるといいですね!

コネクタのフットプリントのミス

前の項は基板の設計忘れに関するものでしたが、ここからはすでに設計が済んだ部分のミスについてです。ミスが本当に多いですね……。

それではまずこちらのフットプリントをご覧ください。

第2回で設計していた当時から僕はずっとこう思っていました。

「表面実装用のコネクタすぐはがれそうだよなぁ…」

と。

そんなことを考えていたところ、基板を発注した後に注文していたコネクタが届きました。 私は届いたコネクタを喜び勇んで眺めまわしていましたが、するとどうでしょう!

ちゃんと固定用のパッドがありました!!!

はい。ありました、というかまず無いわけがないです。自明。私の目が節穴でした。
フットプリントを自作するときは発注する前にちゃんと正しいかどうか最後に確認するようにしましょう…

というわけで、コネクタのフットプリントを以下のように修正しました。

コネクタの選定について

今回、表面実装用のコネクタについて何も知らなかったため、エレファンテックさんの無償サンプルに使われてたものを使えばいいだろうと思って適当に採用したら割と痛い目にあいました。
というわけで、時すでに遅しではありますが改めてコネクタについて調べてみましたので、フレキに使えそうなコネクタをJST(日本圧着端子製造株式会社)さんのページ(日本圧着端子製造株式会社 - 製品情報)からいくつか紹介したいと思います。

  • FFC/FPC接続コネクタ 先ほど紹介したとおり、フラットなケーブルを接続に用いるタイプのコネクタです。今回使用しているのはこちらのタイプ。

  • 基板対電線接続コネクタ 基板と電線をつなぐタイプのコネクタ。今回、本当はこちらを使ったほうがよいであろう場面もありましたがFH12で設計してしまいました…。

  • 基板対基板接続コネクタ 基板と基板を直接接続するタイプのコネクタ。このタイプのコネクタは筆者は普段あまり目にする機会がありませんが、スマホなどの小型のデバイスなどによく用いられているようです。

ここでは三つのタイプのコネクタを紹介しましたが、いかがでしょうか? シーンに合わせて三つのコネクタを使い分けよう!という感じですね。ゲームとかの煽り文にありそうな文句。

ちなみに、コネクタについては社員のNさんが後日詳しい記事を書いてくださるかもしれないそうなので乞うご期待です!

まとめと反省

今回は、使用するコネクタについての情報収集を怠ったせいで発生した大量のやらかしについてまとめました。ここで改めて犯した罪を振り返ってみましょう。

1. コネクタのケーブルについて誤解していた
2. 補強板の存在を知らなかった
3. コネクタの種類に関して無知であり、適切な部品の選択ができていなかった

はい、設計を行う前には十分に情報を集めるようにしましょう…。 特に、今回のように使ったことのない部品を用いる際は図面などを眺めるだけではなく、できれば実際の部品を手元において設計を行えればよいですね。百聞は一見に如かず、というやつです。実物があれば、kicadで設計した基板データを実寸印刷し、部品を置いてみて設計ミスを確認することも可能です。
皆さんはぜひ私を反面教師にして、完璧なフレキシブル基板を設計してくださいね!

さて、今回はなかなかに悲しい設計ミス発覚回でした。
…ちなみにですが、この記事を執筆している現在、とっくに基板の製造が終わり部品の実装や組み立てを行っているのですが、すでに設計ミスその他が発生しております…。
とまあそんなわけで、なおさら私の精神の安定が危ぶまれる今日この頃ですが、次回以降は実際に組み立てて発覚した設計ミス等を紹介していきます。
では、今回はここまでになります。ここまでお付き合いいただきありがとうございました。次回以降もどうぞよろしくお願いいたします!

おまけ

2か月前
社員のTさん「フレキシブル基板ってたのしい!という感じの記事をよろしくおねがいします」
私「わかりました!」

いま
私「こころがしんどい」

おかしい…こんなはずでは……?

   

   

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【フレキシブル基板にチャレンジ!4】電卓編:メンブレンスイッチ

こんにちは。高橋です。
今回の電卓のコンセプトに於いて重要な要素である、メンブレンスイッチ(またはメンブレンシート)とキーマトリクスについて解説します。

目次

メンブレンスイッチ

採用の理由

電卓等のコンソールがあるデバイスを作る上で、入力に何を用いるかというのは重要な選択になりますが、こういった個人レベルの電子工作ではタクトスイッチというスイッチを使う傾向が強いです。一番の理由は安さですね。

f:id:elephantech_shared:20171215155300j:plain △左からトグルスイッチ、マイクロスイッチ2種、スライドスイッチ、タクトスイッチ2種、DIPスライドスイッチ

ただ、せっかくフレキシブル基板を使った工作をするのなら、「ペラペラで曲げられる」メンブレンスイッチを採用すればキーパッドを丸ごと曲げられるようにできるんじゃないか…というのが、今回の丸められる電卓のアイディアの元でした。
では、ペラペラで曲げられるスイッチとはどのような構造をしているのでしょう。

メンブレンスイッチの構造

メンブレン(membrane)とは直訳で膜という意味です。つまり膜のスイッチということですが、これはこのスイッチが名前の通り数枚の膜で構成されていることから来ています。

f:id:elephantech_shared:20171204145154p:plain △メンブレンスイッチの構造。この3枚のシートを重ねます f:id:elephantech_shared:20171204145244p:plain △横からの図 f:id:elephantech_shared:20171204145253p:plain △指で押されると電極同士が接触!

図のように、スペーサーと呼ばれる穴の開いたシートを挟んで電極がプリントされた2枚の接点シートが向かい合った構造になっています。
スペーサーのおかげで普段は電極同士が接触することはありませんが、指などで押されると電極が触れ合うためスイッチとして機能するという仕組みです。

特徴

このメンブレンスイッチのメリットとして、
* 大量生産によってかなり安価に製造できる
* 防塵性・防水性に長ける(シート部を簡単に密封できるため)
* スイッチをとても薄くできる
等が挙げられます。
この特性を活かし、メンブレンスイッチは洗濯機や浴室の操作パネル等の水回り、また家電製品のリモコン等に多用されています。
また、一般的なノートPC、デスクトップPCのキーボードにもメンブレンスイッチは使用されています。

(株)ケイ・アンド・ディーさんの提供している製品です!

また、デメリットとして
* 押したときの感覚(クリック感)が無い
* シートの一部が破損した場合シート全体を交換する必要がある
* 引っ掻き等のダメージに弱い

等が挙げられます。
この特性のため、大型機械や工具の操作のボタンなど、スイッチを押した感触があったほうがいい用途にはあまり使われません。
ただ、メンブレンスイッチの中にはメタルドームやゴムドームなどを併用してクリック感を生み出しているものもあり(先述したPCのキーボードもその一例です)、残るはダメージに関する問題のみです。

f:id:elephantech_shared:20171204145912p:plain △メタルドームを採用したメンブレンスイッチの図 f:id:elephantech_shared:20171206154751p:plain △こちらはゴムドーム採用

ちなみに、一般的なメンブレンスイッチでは導通部に銀ペーストが使われます。また接点部以外の場所もスペーサーで絶縁されるため、レジストを塗布しないものもあります。
銀ペーストは酸化しやすく、また硬度的にも弱いためコネクタ等の接続部や接点部には向いていません。そういった箇所にはカーボンを上から塗布して保護することが多いですが、安価なメンブレンシートではそれすらも行われないことが多々あります。

メンブレンスイッチを採用した製品

今回の電卓製作では、メンブレンスイッチの薄さを”丸められるキーパッド”として活かす計画です。
このような利用の仕方をしている製品に、サンワサプライの「曲げられるキーボード」SKB-BT14(Amazonのリンクです)等があります。普通のキーボードと違って表面が完全にシリコンで覆われているためある程度の防水性もあるという製品です。
△SKB-BT14の画像です

今回の電卓ではキーパッドを防水にするつもりはありませんが、それでもシートの隙間に入り込まなければいくら水がかかっても機能に問題はありません。

キーマトリクス

特徴と採用の理由

今回の電卓は計18個のキーを使う予定です。
電子工作の殆どがスイッチを使うものですが、スイッチ数が少ない場合は大抵1個のスイッチに1本のピンを繋いで状態を読み取ります。

ですが、スイッチの数が多くなってくると、マイコンやICのピンの数が足りなくなることも多々あります。今回はピン数の多いマイコンを採用しましたが、片面フレキシブル基板を使う関係上配線上の制約も出てきます。

使用ピン数は少なければ少ないほど良い…ということで、それを大幅に減らせるシステムを使うことが決まりました。
それがキーマトリクスと呼ばれるシステムです。

キーマトリクスの原理

キーマトリクスの仕組みを説明します。
まず、簡単のため3×3で9個のスイッチを並べてみます。スイッチ一つ一つに信号線を用意した場合は9本の信号線(加えて1本のGND線)が必要ですが、下図のように配置することで6本の信号線のみで済むようになります。

縦の3本線はマイコンのOUTPUTに、横の3本線はINPUTに繋がって機能しています。
1~9の数字は対応するスイッチを表しており、線がクロスするポイントで電気的に繋がっているわけではありません。

マイコンがキー情報を読み取るには、3本のOUTPUTのうち1本だけをHighレベルにして、INPUTのうちHighになっているピンを探すといった方法を採ります。

△青色の数字が押されているスイッチを、赤色の線がHighになっているラインを表しています。

図のように7が押されていると、OUTPUT1がHighになった時にINPUT1がHighとなります。
逆に言えば、INPUT1がHighになっているのを検知した場合7が押されていると判断できる、というわけです。

これを各々の出力ピンで行うことで、9個のスイッチ全ての状態を読むことができます。

今回の電卓では出力側5本×入力側4本なので、9本の信号線で20個のキーの状態を読むことができます。

キーマトリクスの弱点

キーマトリクスにも弱点があります。それは、複数個同時にキーが押されている場合にキーの情報が不確実になってしまうことがある点です。
例えば、下図のような状況です。

この場合押されているのは5・7・8の3つですが、OUTPUT1がHighレベルになると、INPUT1とOUTPUT2のラインを介してINPUT2までHighレベルになります。
こうなると4まで押されていると判定されてしまうのです…!

この困った現象はゴーストキーと呼称されます。
これを防ぐには、8番のポイントでINPUT1からOUTPUT2への電流を止めるためにダイオードを設置する必要があります。

こうすればINPUT2まで電流が流れ込むことはないので、誤検知が避けられるという仕組みです。
ただ、今回の電卓では同時押しをする機会が無いので、ゴーストキー対策のダイオードは実装していません。

キーマトリクスを採用した製品

キーマトリクスの強みであるピン数の削減が最も活きるのは、スイッチの数が多い製品です。
その最たるものがキーボードでしょう。100個を超えるキーを持つキーボードの制御に、大人しく100本のピンを使っていては非効率です。
また、ゲームのコントローラや家電製品のリモコンなどでもよく使われています。

ところで、キーボードは特に同時押しをする機会が多いものですが、大抵のメンブレン式キーボードではコストカット等の理由でそういった対策は取られていません。
先述したようにメンブレンシートには銀ペーストとカーボン程度しか使わないのでフレキシブル基板は殆ど採用されず、従ってダイオードを実装できないからです。
代わりに、キーのうちよく同時押しに使われるもの(Ctrl,Shift等)を他のキーのマトリクスと分離することでゴーストキーの発生を避けています。

まとめ

今回はメンブレンスイッチとキーマトリクスについて解説しました。
例えば何か電子工作をするとき、時折ケースなどのハードも作る必要が生じます。そこにスイッチを実装したい時、3Dプリンタ等でケースを作るならばスイッチの大きさも考えて設計する必要があります。
しかしこのメンブレンスイッチならば、薄いシートを表面に張り付けるだけなので大して手間のかかる設計ではありません。便利です。

ただ、個人製作では既製品の流用以外にはほとんど利用されていません。やはり大量生産ありきのものなので単品ではコストがかさんでしまうのが辛い所だったというわけなのですが、それもエレファンテックのフレキシブル基板 P-Flex™の登場のおかげで安く作れるようになります。
或いは、将来的に家庭でメンブレンシートを印刷できるプリンターなどが開発されるかもしれません。
個人でもメンブレンシートを沢山使うような時代も間もなく来るのではないでしょうか。

次回は基板設計部のおまけ編、フレキシブル基板用のコネクタについての解説です。

参考文献

http://www.nagateku.co.jp/product/qbox.html
http://www.kandd.co.jp/custom.html

   

   

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【フレキシブル基板にチャレンジ!3】電卓編:基板設計 後編

こんにちは、平野です。

今回はフレキシブル基板にチャレンジ!電卓編:基板設計の後編です。(前編はこちら
前回に引き続き、どんどん基板の設計を進めていきたいと思います。

さて、後編では、前編で配線まで終わらせたプリント基板の設計の手直しから基板のチェック、発注の際のデータの出力について扱っていきます。
それではさっそく本編とまいりましょう!

目次

プリント基板の設計(前回の続き)

前回の記事では、プリント基板の設計を配線まで終わらせました。今回はその手直しからしていきたいと思います。

3. 設計の手直し

フレキシブル基板に馴染みのない方は、この項目を見て「手直しってなんだ?」と思われたかもしれません。しかし実は、フレキシブル基板はただ配線をしただけでは設計が不十分なのです。そしてこの作業こそ、フレキシブル基板の設計をする上で最も私がリジッド基板との違いに苦しんだ部分なのです。

  • 何を調整するのか?

フレキシブル基板はその特性上曲がった状態で使われることが多いため、特殊な耐久性上の問題が発生します。
今回はそこの解説がメインではないため結果だけ書きますが、大雑把には以下のような対策をとらなければなりません。

  • コーナーを曲線で設計

  • 角を丸める(ティアドロップ、Filletなどと呼称する形状)

       

(注:ここに記した注意点はあくまで一部です。詳細は、フレキシブル基板 P-Flex™️ 設計のコツ「パターン設計編」 - エレファンテック 技術ブログに丁寧な解説が載っています!)

  • どのように調整するのか?

実際に調整をする方法は、CADソフトによって千差万別です。あらかじめティアドロップの作成機能が実装されているものもありますし、されていないものもあります。
実装されていたならば、ありがたくそれを使わせてもらいましょう。

されていない場合の解決方法には、大まかに分けて二つあります。

  1. どこかの親切な方が作成したプラグインを用いる方法
  2. 温かみのある手作業で一つ一つ丁寧にクリアする方法

ちなみに、この作業ははっきり言って手作業でやるとかなり面倒な作業です。皆さんがフレキシブル基板を設計する際は、できる限りあらかじめティアドロップ作成機能が実装されているCADを用いることをお勧めします。

  • さあ実際にやってみよう 〜なるべく楽がしたい〜

ここからは、僕の使用しているKicad 4.0.6で実際に作業をしてみた記録になります。

さて、早速ですが、kicadにはティアドロップが実装されているのかといいますと、残念ながら実装されていません…
仕方がないので、次にプラグインが公開されていることを信じて検索してみると、

どうやら公開されているようです!

kicadの場合、ティアドロップを作成するスクリプトはGitHub - svofski/kicad-teardropsに公開されていました。
開発してくださった方に感謝しつつ、早速使ってみましょう!

……ティアドロップが0個作成されました……

困った私はスクリプトのコードものぞいてみましたが、正直に白状すると私はkicadについて全く詳しくないため、何が原因で動かないのかさっぱりわかりません。お手上げです…
というわけで、ここからは温かみのある手作業によって基板の調整をおこなう方法を紹介していきたいと思います。

  • さあ実際にやってみよう ~やっぱり最後は力技で解決!!~

ここからは楽をする道を捨て、力技で解決する方法について解説していきます。
今回、ティアドロップを自動で作成してくれる機能を使用することができないため、下図の例のような滑らかな曲線を用いて角をとることは少し難しいです。

   

そのため、今回は下図のように、四角形の頂点から配線を出すというテクニックを用いて設計の手直しをしていきます。(詳細はフレキシブル基板 P-Flex™️ 設計のコツ「パターン設計編」 - エレファンテック 技術ブログをご覧ください)

この方法を用いて手直しをした結果が以下の写真です。

f:id:elephantech_shared:20171208150336p:plain f:id:elephantech_shared:20171208150351p:plain

ちなみに今回、コネクタ部分などのパッドが密集している部分で配線を矩形の頂点から出すために、コネクタのフットプリントに以下のような変更を加えました。

Before▽
f:id:elephantech_shared:20171208150509p:plain

After▽
f:id:elephantech_shared:20171208150526p:plain

ちなみに、上記の方法は、僕が行き当たりばったりで思いついた方法をとりあえずやってみたに過ぎません。僕がkicadについてよく知らないだけで、もっと手軽で楽な方法があるかもしれないというわけなのです…。

というわけで、もし今後そのような方法を発見することがあればまたその時に記事を更新するということにして、今回はこの方法を紹介するにとどめたいと思います。

最終チェック

最後に、設計した基板が製造仕様を満たしているかどうかの確認をしたいと思います。

Kicadには、DRC(デザインルールチェック)機能が実装されており、製造仕様をきちんと満たしているかどうかの確認を簡単に行うことができます。

まずは、デザインルールの設定を行うために、エレファンテックさんのフレキシブル基板の製造仕様を設計・製造データ例 ダウンロードのページで確認します。
とりあえず、今回確認したいポイントはパターン間隔なので、エレファンテックさんの仕様に合わせてクリアランス(パターンの間隔の最小値)を0.2mmに設定します。

(ネットクラス等の解説は記事の趣旨から逸脱してしまいますので省きますが、いろいろと便利な機能です。)

クリアランスの設定を行ったら、DRC(デザインルールチェック)を実行します。
そうすると、下のようにDRCが実行され、設計した基板にパターン間隔に関する問題はないということがわかります。

ところで今回の基板では、[未結線情報の一覧]をクリックすると下のように未結線情報が表示されてしまいます。しかしこれは、片面配線しきれずジャンパー線を用いて処理を行う部分がエラーとして出ているだけのものですので、今回はこれで問題ありません。
とはいえ、意図しない未配線がある可能性もありますので、出たエラーは念のため一つ一つ確認することをおすすめします。

最後に、配線間隔についてエラーが出る場合どのような表示になるのかも一応お見せしておきましょう。
試しにクリアランスを0.3mmにしてDRCを実行すると…

エラーがたくさん発生し、マーカーが大量発生しました。わかりやすいですね!

以上、DRCの機能を紹介させていただきました。いかがでしたでしょうか?
DRCを用いることで、パターン間隔について簡単にチェックできることをおわかりいただけたかと思います。
しかし、DRCで確認できない事項もいくつか存在します。
例えば、外形とパターンの間隔に関するチェックはDRCではできません(もしかすると僕が知らないだけでできるのかもしれませんが…)。
最後にそれらの細かい事項を自分で確認し、基板は完成です!

完成

ついに基板データの完成です!とりあえずpdf形式にしてみました。
左のちっこいのがマイコン等を載せたメイン基板、右の大きいのがメンブレン式のスイッチ基板です。ここまで長かったですね…

発注用データ出力

基板データが完成してこの記事もおしまいかと思いきや、まだまだ記事は続きます。
最後に、kicadで発注用のデータを出力していきます。

まず、エレファンテックさんが受け付けているファイルの入稿形式について、エレファンテック技術ブログ - フレキシブル基板(FPC) P-Flex™の入稿ファイル形式【初心者向け】を参照してしっかり確認を行います。

今回は片面フレキシブル基板なので、必要なのは表面の銅箔、シルク、レジストマスクのレイヤ、そして基板の外形線のレイヤになるので、そのようにチェックを入れます。
(ちなみに、「ガーバーオプション」の部分に「拡張属性を含む」というチェックボックスがありますが、結論から申し上げると、このチェックボックスにはチェックは不要だそうです。エレファンテックさんのサイトに「RS-274X(拡張ガーバーフォーマット)」と記載があり混乱したのですが、kicadにある拡張属性はまた別のものなのだとか。ややこしいですね…。ただ、誤ってチェックボックスにチェックを入れてしまった場合でも、印刷はきちんとできるそうです。さすがです)

正しくチェックを入れたら、出力先を指定し、[製造ファイル出力]をクリックします。

これで、製造ファイルを正しく出力することができました。

出力したファイルは、kicadの場合ガーバービューアで確認することができます。発注する前にこれで確認しておくとよいかもしれませんね。(下は表面マスクデータを表示した例)

まとめ

さて、今回は記念すべき初フレキシブル基板設計の回でした! とりあえず、初めてのフレキシブル基板設計で苦労したところをまとめてみたいと思います。

  • 部品探し:普段使わないものなので、表面実装用のコネクタを探してくることに少し手間取りましたね。とりあえずよくわからないときは既存の真似をするという作戦で乗り切りました。…乗り切れているんですかね……?

  • 片面配線:リジッドで両面使えることのありがたさを思い知りました。やはり片面だとマイコン周辺の配線等がかなりツライです。といっても、ジャンパー線を使えば簡単に解決ができるので、ある程度単純なものであれば問題なく設計可能であることもわかりました。

  • ティアドロップ・曲げ配線:正直これが一番とっつきにくい問題に感じました。記事ではさらっと「解決方法は~」なーんて書いてありますけれども、正直最初は本当にどうしたらいいかわかりませんでした。しかも今回用いた方法はあくまでベストではなく単なるベターなのです…。これをお読みの皆さんにはぜひティアドロップ作成機能付きのCADを使っていただきたいと思います!

苦労した点はこんなところでしょうか?始める前は多少身構えてしまいましたが、終わってみると意外とすんなり設計できてしまったようにも感じられますね。
といっても、今回はあくまで基板の設計をしただけ。これを実際に使って動作を確認するのはまだ先のお話というわけです。もしかするといざ動かしてみれば問題が発生するかもしれません。というか、こういう物はたいてい一発ではうまくいかないと相場が決まっております。

というわけで、今回の基板設計編の記事はここまでとなりますが、今後は今回設計した基板を実際に使用し、発覚した問題点等々を記事にしていく予定です。

それでは今回はここまでになります。ここまでお付き合いいただきありがとうございました。
次回は本文中でちらっと触れたメンブレンシートについての解説記事となります。お楽しみに!

参考文献

   

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プリント基板の構造と製造工程 〜 実は似ているリジッド基板とフレキシブル基板

外見はリジッド基板と全く違うフレキシブル基板(FPC基板)ですが、実は構造はそれほど違いません。

一般的なプリント基板(リジッド基板)、一般的なフレキシブル基板 、それからエレファンテックのフレキシブル基板 P-Flex™️ の構造と製造工程を比較することで、リジッド基板とフレキシブル基板の共通点を見ていきましょう。

なお、P-Flex™️の製造工程について読みたい方は
フレキシブル基板 ピュアアディティブ™法 製造工程 をご覧ください。

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エレファンテック技術ブログ【11月】人気記事 月間ベスト5のご紹介

11月の月間ページビュー数から、エレファンテック技術ブログの中でよく読まれた記事ベスト5をご紹介します。フレキシブル基板、3Dプリンタとの比較、基板設計、低温はんだなど、などの関心が高いようです。今後とも引き続きよろしくお願いします!

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【フレキシブル基板にチャレンジ!2】電卓編:基板設計 前編

こんにちは。平野です。

フレキシブル基板にチャレンジ!・電卓編2回目の記事です。今回から、基板部分の設計について前後編に分けて書いていく予定です。
前編では部品の選定から回路設計、プリント基板の配線までを扱います。

目次

はじめに

まずはじめに、どのような基板を作っていくのかを大まかに説明したいと思います。
今回作っていくのは電卓です。そのため、必要な機能は主に以下の二つです。

  • 液晶に文字を表示する
  • キー入力を受け付ける

これらの機能を実現するため、今回は制御用のマイコンや液晶を積んだメイン基板、スイッチ用のサブ基板(の二つ)を製作していきたいと思います。
ちなみに今回、スイッチ部分を丸められるように、メンブレンスイッチというものを採用しました。
メンブレンスイッチについては別記事で解説させていただきますので、とりあえず今は薄くてペラペラなスイッチのことであると述べるにとどめておきます。

製作するものについてふわっと理解していただいたところで、次に進みたいと思います。

部品の選定

回路や基板の設計を始める前に、まず主要な部品の選定を行います。
今回は片面フレキシブル基板の設計なので、スルーホール実装用の部品を使うことができません。そのことに気を付けて部品を選定しましょう。

1. 普段と変わらない部品

まずは、普段リジッド基板を用いている時と変わらない部品から選んでいきます。
部品選びは、秋葉原で簡単に購入できるようにと考えて行いました。

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2. 馴染みのない部品

さて、今回フレキシブル基板を設計するにあたり、普段と違う部品を使う必要があります。それは、コネクタです。

普段私がリジッド基板を使った作品を作るとき、コネクタは取り外しの際にかかる負荷のことを考えてスルーホール実装用のものを用いています。
しかし、今回はフレキシブル基板の設計なので、私が普段お世話になっているスルーホール実装用のコネクタが使えません。フレキシブル基板用のコネクタを探してくる必要があります…。

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△左がスルーホール実装用コネクタ、右が今回使うような表面実装用

恥ずかしながら私はフレキシブル基板用の部品については全くのド素人です。
ここは前例を参考にして、エレファンテックさんの無料サンプル基板に用いられていた、ヒロセ電機さんの FH12シリーズ・1mmピッチコネクタを用いることにしました。

(引用:FH12 series - ヒロセ電機グループ

回路設計

今回製作するものは、フレキシブル基板を使うということ以外はごく一般的な電卓と同じものなので、使用する回路はスイッチ、LCD、LEDなどをマイコンに接続しただけの単純な回路です。
早速回路設計に取りかかっていきましょう。

1. 使用ソフト

今回、回路図及び基板の設計は、KicadというオープンソースのPCB CADを用いて行うことにしました。Kicadはフリーのソフトではありますが、機能は充実している上、日本語のリファレンスがあるため初心者にも扱いやすいPCB CADです。

(余談ですが、Kicadの開発のバックにはCERN(欧州原子力機構)がいるそうです。これだけ高機能なCADがフリーで使えるのは、学生の身としては本当にありがたい話です。)

2. 回路図

回路の設計はフレキシブル基板だろうとリジッド基板だろうと特に変わることはありません。いつも通りに設計していきます。

スイッチ部分にメンブレンシートを用いているため、そこの回路図の見た目がやや美しくないですが、気にせず次の作業に進みます。

プリント基板の設計

1. フットプリントの割り当て

部品にそれぞれフットプリントを割り当て、基板の設計に入っていきます。
フレキシブル基板用のコネクタのフットプリントなどもライブラリには用意されていないことが多いため、自分でフットプリントを作る必要があります。

f:id:elephantech_shared:20171208150109p:plain △フットプリントも自作します

2. いざ配線

フットプリントの割り当てが終わったら配線作業に移りましょう。それっぽく部品を配置して配線を行います。片面フレキシブル基板ですので、片面のみで配線を完結させなければいけません。

・片面配線の闇
しかし、ここでやはり問題が発生しました。 マイコン周りの配線がどうしても片面配線だけでは上手くできなかったのです。二か所ほど配線が不可能な部分が存在することが判明しました。

△悲しい

オートルーターと呼ばれる自動配線機能の助けを借りるも、パソコンが熱を持つだけで一向に解決しません。

f:id:elephantech_shared:20171208150141p:plain△無限にCPUを回すAutoRouter

さて、この問題はどう解決すればよいのでしょうか?

 ・ジャンパー線で解決
頑張って部品の配置をいじるなどして解決しようとしたのですが、非常に手間がかかりそうな作業だったため、エレファンテックの社員さんに泣きついてみました。すると、

「ジャンパー線使えばいいんだよ」

とのお言葉をいただきました。確かにそうですね…。
普段リジッド基板しか使わないせいか(言い訳)、ジャンパー線を使うという選択肢が頭からすっぽり抜け落ちておりました。

というわけで、ジャンパー線をつけるパッドを適当に配置します。(下図真ん中、3V3の円形パッドです。とりあえず直径2mmにしてみました)

なにしろ初めてのことなので、これで本当にうまくはんだ付けできるのかはわかりませんが、とりあえず今回はこれでやってみることにします。

続きは次回

今回はここまでとなります。
前編では、部品の選定から回路設計、プリント基板の配線を行いました。 フレキシブル基板の設計について、リジッド基板と共通な点、異なる点それぞれについて少しずつ見えてきましたね。
しかし基板の設計はこれからが本番。後編ではプリント基板の設計の手直しから基板のチェック、発注の際のデータの出力について扱っていく予定です。


更新は近日中に行う予定ですので、次回も引き続きよろしくお願いします!

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フレキシブル基板(FPC) P-Flex™の電流値と発熱の関係について

これまでに普通のプリント基板(リジッド基板)やフレキシブル基板(FPC)を設計したことがある方から、エレファンテックのフレキシブル基板(FPC)における許容電流値に関する質問をよくいただきます。

エレファンテックが製造するフレキシブル基板であるP-Flex™はピュアアディティブ™法で作られており、サブトラクティブ法によって作られる基板に比べ製法上銅膜厚を厚くすることが得意ではありません。そのため現在(2017年12月)では標準の銅膜厚は3μmとなっており、リジッド基板の一般的な銅膜厚の18μmや35μm、FPCの一般的な銅膜厚である12μmや18μmと比べて薄いため、許容電流値はそれらと比べると低いです。

本記事ではエレファンテックのFPCであるP-Flex™に電流を流した際の発熱から許容電流値の参考データを提供いたします。

続きを読む

【フレキシブル基板にチャレンジ!1】電卓編:シリーズ開始

目次

挨拶と自己紹介

こんにちは。
この度、エレファンテックの技術を活かした電子工作の紹介記事を書こうという企画がスタートしました。
今回はシリーズ初回である、電卓の製作についての導入の記事です。

執筆は平野と高橋が行っています。

  • 平野
    平野
    東京工業大学・学士一年 電子工作系サークル「ロボット技術研究会(通称ロ技研)」所属
    サークルではマイクロマウス製作を行っている。 寝ても覚めてもマイクロマウス。
    ロ技研を通してこのブログ執筆に巡り合った。

  • 高橋
    高橋
    東京工業大学・学士一年 同サークル所属
    個人製作として左右分離型キーボードを製作中。コントローラ等のデバイス製作が好き。趣味はPCショップでゲーミングキーボードを叩くこと。
    同じく、ロ技研を通じてこのブログ執筆に巡り合った。

記事のコンセプト

この企画のコンセプトは、「フレキシブル基板に触れたことの無い人が、フレキシブル基板を使いたくなるような記事」というものです。
その上でブログの内容を決める際、我々がロ技研所属で電子工作の経験もあるという点を踏まえて、技術のプレゼンの方法をエレファンテックの方々と協議しました。

その結果、実際にフレキシブル基板を用いた作品を作って紹介することでフレキシブル基板を身近に感じてもらおうということに決まりました。
学生ライターという立場を活かして、学生らしくフレッシュな視点で率直な記事を書いていこうと思います。

と言っても、我々二人も電子工作の経験こそあれどフレキシブル基板を使った工作は経験が無く、作品製作の上で躓くことは多々あるでしょう。或いは製作の過程でフレキシブル基板のデメリットが浮き彫りになるかもしれません。
しかし、今回の企画ではそういったデメリットや失敗なども隠すことなく、積極的に発信していくという方針です。

読者の方々がこの記事を見てフレキシブル基板の様々な特徴を知ることができれば幸いです。

今回の作品テーマ

タイトルにある通り、初めての製作物には電卓を選びました。

この電卓の特筆すべき点は、ボタン部分に「メンブレンスイッチ」を採用することでキーパッドをペラペラにし、クルクルと巻いて小さくできる事です。
メンブレンスイッチについては別の記事を立てて解説します。

また、フレキシブル基板を使った初めての電子工作ということで、メンブレンスイッチ部だけでなく基板全てにフレキシブル基板を使用する予定です。

△完成予想図 △キーパッド部を丸めた姿

今後の進行

高橋は基板CADに触ったことが無いので、今回は基板設計を平野、プログラミングを高橋が担当します。
その2では基板の設計についてまとめた記事を公開します。
それ以降ではメンブレンスイッチについてやプログラム部などを数回に分けて執筆。全5~6回程度の構成で進行していく予定です。
次回以降もよろしくお願いします。

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無料サンプル基板の仕様説明動画を作成しました。

フレキシブル基板 無料サンプル基板配布しています。

エレファンテックではフレキシブル基板(FPC)『P-Flex™』をご確認頂けるよう、サンプル基板を無料で配布しています。
今回、サンプル基板の細かい仕様についての説明を動画にいたしました。

2017年12月11日より、エレファンテックでは基材厚50μmのフレキシブル基板の販売を開始いたしました。それに伴い、無料で配布する、サンプル基板も、基材厚50μmのものに変更になりました。ぜひお申込みください!

 

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フレキシブル基板(FPC) P-Flex™️ 設計のコツ「レジスト・シンボル・外形編」

フレキシブル基板(FPC)の設計にはリジッド基板ともまた違ったコツがあります。

前回の記事「パターン設計編」ではP-Flex™️のパターンを設計する際のコツについて紹介しました。この記事ではその他のレイヤー、レジスト・シンボル・外形のコツを紹介します。

基板のレイヤーの種類についてはこちらの記事(フレキシブル基板(FPC)P-Flexの用語解説 - エレファンテック 技術ブログ)をご覧ください。

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